基于压缩感知的频率不变波束旁瓣水平优化方法

频率不变波束形成技术属于恒定束宽波束形成,能解决宽带信号中不同频率分量对应的波束响应不一致的问题.针对现有的一类将恒定主瓣宽度作为约束条件的频率不变波束形成方法,当阵元个数确定以后,形成的波束旁瓣水平往往达不到实际需求的问题,借助压缩感知理论,提出了一种改善波束旁瓣水平的新方法.提出的方法引入压缩感知理论(compressed sensing,CS)进行信号的预处理,并利用二阶锥规划(second order cone programming,SOCP)进行频率不变波束形成.由于压缩感知的恢复算法可以对压缩采样矩阵采集的信号进行精确重构,从而达到以更少的阵元获得相同的波束形成器性能.换言之,在相同的阵元个数条件下,通过阵列虚拟扩展增大了阵列的孔径,提出的方法比基于SOCP的频率不变波束形成方法有更低的旁瓣水平,仿真结果也表明了该方法的有效性,在相关的工程实践中具有一定的参考价值.     

基于FIR滤波器的改进恒定束宽波束形成算法

针对宽带信号中不同频率分量所对应的增益不同导致阵列接收信号产生失真的问题,提出了一种基于FIR滤波器的恒定束宽波束形成算法.该算法利用FIR滤波器阵列结构和麦克风均匀线阵列的对称属性,确定波束形成算法恒定束宽的频率范围并获得近似恒定束宽的阵列响应;针对相邻的截止频率之间波束宽度的波动较大问题,设计了参考波束并利用最小二乘法获得最优权值;最后对最优权值进行归一化处理,获得了均匀增益.仿真和实验验证了算法的有效性.     

一种低副瓣宽零点的自适应波束形成算法

自适应波束形成算法能自动地将波束的主瓣对准期望用户信号的来波方向,零陷对准干扰信号的来波方向;但是常规的自适应算法形成的干扰零限比较尖锐,副瓣容易产生畸变,在干扰、天线平台快速移动的情况下,其性能将会严重下降.基于对权值的范数约束和对零点的最小二乘线性约束优化,提出了一种降低副瓣电平并且加宽零点的自适应波束形成算法.理论分析和计算机仿真结果证明了新算法的有效性.     

基于泰勒估计的主瓣干扰抑制方法

当有源干扰进入主瓣时，传统自适应波束形成的方向图会在主瓣内出现严重波形失真，主瓣内形成零陷，旁瓣电平陡增等问题。为此，利用泰勒估计获得真实协方差矩阵的估计，通过特征分解构建特征投影矩阵，构造旁瓣零陷加深的凸优化模型求解自适应阵列权值矢量，最后将此抑制干扰的方法和基于阻塞矩阵预处理与基于特征投影预处理等两类预处理方法进行实验仿真及性能对比，从而证明了基于泰勒估计的主瓣干扰抑制方法的优点。     

基于多参数二次规划的零陷展宽和旁瓣控制方法

自适应波束形成算法能将零陷自动对准干扰方向,但在干扰源角度抖动等情况下,会使自适应权和数据失配.此外,在快拍数较少的情况下,传统的自适应波束形成方法可能会出现很高的旁瓣.针对上述问题,提出了一种有效的基于多参数二次规划的零陷展宽和旁瓣控制方法.首先,利用锥化矩阵修正采样协方差矩阵展宽干扰源的零陷;然后,用主瓣区域外的多个二次不等式控制旁瓣;最后用多参数二次规划方法求解优化问题.该方法不仅能获得更高的阵列输出增益,而且可以通过实值计算得到最优权向量.仿真结果验证了算法的有效性.     

统一扩频测控系统接收信号处理技术

统一扩频测控体制的多飞行器测控系统应用自适应天线数字多波束形成 技术对目标实施跟踪和测控。采用恒模降列和自适应信号对消器估计出各个信号的波达方向（DOA），应用最小干扰噪声功率判据获得最优加权向量。为了提高天线系统的处理增益，用最优加权向量形成波束，有效地消除多址干扰的影响。波束形成处理器得到的相对相位偏移向量用于上行遥控信号分时发送时，形成对指定目标的高增益波束。对恒模阵列和自适应信号对消器估计获得的导向向量用于数字多波束形成的性能进行了仿真研究。     

一种低副瓣宽零点的自适应波束形成算法

自适应波束形成算法能自动地将波束的主瓣对准期望用户信号的来波方向,零陷对准干扰信号的来波方向;但是常规的自适应算法形成的干扰零限比较尖锐,副瓣容易产生畸变,在干扰、天线平台快速移动的情况下,其性能将会严重下降。本文基于对权值的范数约束和对零点的最小二乘线性约束优化,提出了一种降低副瓣电平并且加宽零点的自适应波束形成算法。理论分析和计算机仿真结果证明了新算法的有效性     

基于特征投影预处理零陷加深的抗主瓣干扰算法

当主瓣干扰功率较大时,基于特征投影预处理(EPB)的自适应波束形成算法抑制旁瓣干扰的能力大大下降甚至无法有效抑制,因此,在EPB算法的基础上提出了基于特征投影预处理零陷加深的抗主瓣干扰算法。首先将特征投影预处理后的数据向去除了主瓣干扰的干扰信号子空间上投影,对得到的数据进行适当的加权,再加到特征投影预处理后的数据上,以加强旁瓣干扰信号功率;其次利用干扰加强后的采样信号形成新的协方差矩阵,并计算其自适应权矢量;最后利用求得的自适应权矢量获得阵列输出,并对该算法的信干噪比进行了简要分析。仿真结果表明,当主瓣干扰功率较高时,该算法能够在旁瓣干扰方向上形成较深的零陷,具有更好的旁瓣抑制效果。     

带指向约束的多目标调零天线

在卫星导航接收机中,传统调零天线无法形成对卫星信号的主瓣指向.为了能同时形成多个天线方向图主瓣,并分别对准不同卫星信号,从而提高阵列增益,文中引入导向约束条件,采用直接矩阵求逆方法求解每个卫星信号的最优权矢量解,并完成波束合成;分析了文中算法的运算量,给出了阵列增益的解析表达式.研究表明,文中算法不仅抑制了外部干扰,而且克服了卫星信号间的相互干扰,形成了对每个卫星信号的主瓣指向,提高了输出信噪比.方向图和期望信号输出信干噪比的仿真结果验证了该算法的有效性.     

零陷展宽算法的性能研究

自适应波束形成算法能将零陷自动对准干扰方向,但在干扰快速移动或天线平台出现振动等情况下,很可能由于干扰位置的扰动而使自适应权和数据失配.通过对于扰导向矢量的左右旋转,利用对协方差矩阵的数值处理,推导出一种和干扰方向无关的自适应零陷加宽技术.由于零陷的加宽,在干扰方向与数据失配的情况下,仍能够较好地抑制干扰,从而提高算法的稳健性.     

Frequency invariant beamforming via jointly optimizing spatial and frequency responses

Inbroadbandarraysignalprocessing ,thespec tralcharacteristicsofthetargetaremostlyusedintargetdetectionandtargetclassification .Sincetheradiatednoiseofthetargetgenerallyspreadsoverawidefrequencyband ,distortioninthepowerspec trummightappearifthebeamformerresponsevarieswithfrequency .Theso calledfrequencyinvariantbeamformer (FIB)techniqueisrequiredasaremedy .AnFIBisabeamformerinwhichtheresponseisap proximatelyconstantoversomedesignbandwidth .InRef .[1],anapproachtodesigningbroadbandbeamformer…     

Frequency invariant beamforming via jointly optimizing spatial and frequency responses

An approach to designing broadband frequency invariant beamformer based on finite impulse response (FIR) filters via jointly optimizing the spatial and frequency responses is proposed. The beam responses are jointly optimized to satisfy both spatial and frequency domain specifications by designing a bank of FIR filters corresponding to the input channels. It minimizes the maximum error between the designed beam pattern and the desired one in the mainlobe area over the working frequency band, and guarantees the sidelobes in the passband and the beam magnitude responses in the stopband to be below some given threshold values. White noise gain constraint is used to improve the robustness of the beamformer against random errors. The beam patterns are expressed as a linear function of FIR filter impulse responses, and the design problem is formulated as the second-order cone programming (SOCP), which can be solved efficiently via the well-established interior point methods. Results of computer simulation and lake-experiment for a twelve-element semicircular array demonstrate superior performance of this approach in comparison to the existing approaches.     

宽零点约束的宽带波束形成

为解决在空间指定区域内形成宽零点抑制宽带干扰的问题,该文提出了一种宽零点约束的宽带波束形成方法。该方法首先利用宽零点约束的窄带波束形成得到频域权值,再利用时域、频域宽带波束形成的等价性求解相应的时域波束形成权值。该方法能够在指定区域内形成期望深度的宽零点,数值实验结果证明了该方法的有效性。该文的方法具有权值计算复杂度低、滤波处理延迟小的特点,适合应用于实际的数字宽带阵列系统中。     

神经网络在4型FIR高阶多通带滤波器的自适应优化设计研究

提出了一种新的基于神经网络的FIR线性相位数字滤波器的自适应优化设计方法。根据4型FIR滤波器的幅频响应特性,构造出一个相应的神经网络模型,并建立了FIR线性相位数字滤波器的神经网络算法,该算法通过训练神经网络权值,使设计的数字滤波器与希望得到的FIR线性相位滤波器的幅频响应之间的误差平方和最小化,从而获得FIR线性相位数字滤波器的脉冲响应．提出并证明了该算法的收敛定理,给出了FIR高阶多通带滤波器自适应优化设计实例、计算机仿真结果表明,该算法计算精度高,收敛速度快;用该算法设计的高阶多通带滤波器,其幅频响应的阻带衰减很大,而通带波动很小。     

基于神经网络的数字滤波器无波纹优化设计

窗函数法设计的FIR滤波器已被广泛应用,但滤波器边界频率不易精确控制,不能分别控制通带与阻带的纹波幅度,在阻带边界频率附近的衰减最小。采用神经网络算法使所设计滤波器频响与理想频响之间的全局误差在通带与阻带内最小,使通带阻带无波动无过冲,阻带有更大的衰减,通带与阻带的边界频率容易控制。采用以上方法设计了一低通滤波器并在TMS320C5402 DSP上进行了实验,实验结果验证了算法的可行性,并改善了滤波器的性能。     

基于FPGA的在线可重配置数字下变频器的设计与实现

研究基于现场可编程门阵列(FPGA)的在线可重配置数字下变频器,实现了根据输入信号的3个参数(中频信号频率、中频信号带宽和中频信号采样率)自动生成最优的数字下变频器(DDC)结构和DDC参数的方法. 同时实现了一种优化的FIR滤波器,与传统FIR滤波器相比,利用FIR滤波器线性相位和系数对称的性质,采用预相加的方法减少1/2的乘法运算量,实现了资源占用率和速度之间的平衡,节省FPGA资源. 实验结果表明了该方法的灵活性和有效性.      

跳频同址干扰的自适应IIR抵消方法

频率选择性跳频同址干扰是一个典型的宽带时变干扰,使用IIR滤波器以较少的阶数即可与这样的长脉冲响应系统匹配,但其不能保证全局收敛和稳定性因而影响其实际应用。提出一种基于自适应方程误差结构IIR-SHARF算法的干扰抵消器,新算法具有良好的全局收敛性和稳定性,仿真结果表明该算法对具有长脉冲响应特性的跳频同址干扰抑制效果较好。     

OFDM系统下基于MBER准则的自适应波束形成器

宽带无线通信系统采用正交频分复用(OFDM)调制和智能天线技术来克服限制系统容量的符号间干扰(ISI)和同信道干扰(CCI).在OFDM调制技术下,针对数字通信系统传输中最主要的性能参数之一误比特率(BER),研究了基于最小误比特率(MBER)准则的自适应波束形成器.与现有的基于最小均方误差(MMSE)准则的波束形成器相比,MBER自适应波束形成器直接最小化OFDM系统的BER,保证了信号传输的有效性,提高了系统性能.仿真实验表明,基于MBER准则的自适应波束形成器比基于MMSE准则的波束形成器能更好地接收期望用户的信号,系统的BER更低.     

高速FIR滤波器设计与FPGA实现

文章主要研究了基于传统的乘累加(MAC)结构的FIR滤波器设计的2种方法,在此基础上研究了一种新的基于分布式算法(DA)的FIR滤波器设计的硬件结构,分析了DA算法结构较MAC结构的优点。最后设计了一个8阶8 bits的基于DA结构的FIR低通滤波器,并在Altera FPGA上进行硬件实现。